质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有很多的优点,包括功率密度高、能量转换效率高、清洁无污染、可靠性高和噪音小等,因此被用来作为能量转换装置,并取得了高速发展。但是PEMFC目前也面临较多的问题,其技术瓶颈也尤为突出。PEMFC在高功率密度工作时产水较多,导致排水不及时易水淹,因此性能快速下降。另外,PEMFC在冷启动过程中由于产生的过冷水易结冰导致冷启动无法成功,以及过冷水结冰会导致燃料电池性能急速老化。而位于催化剂层(CL)和气体扩散层基底之间的微孔层(MPL)对PEMFC的水管理和气体传输起着决定性的作用。因此,本硕士论文针对燃料电池面临的技术瓶颈,从材料和结构的角度出发,利用静电纺丝技术制备一种新型纳米纤维结构的微孔层,即静电纺丝微孔层,主要研究内容和结果如下:(1)通过静电纺丝技术成功制备了静电纺丝MPL。静电纺丝MPL的配方以无毒、低成本的无水乙醇为溶剂,并且以聚乙烯吡咯烷酮:乙炔黑:无水乙醇=1:0.2:11.5的比例均匀混合后形成。通过实验探索出了合适的静电纺丝和热处理条件,并且制备出的MPL具有良好的纳米纤维形貌和三维网络结构。与商业MPL(SGL-29BC)相比,静电纺丝MPL具有更小的水接触角和更大的孔隙,其毛细管突破压力小于商业MPL。(2)通过燃料电池测试,发现在70℃和100%相对湿度条件下,静电纺丝MPL的性能远优于商业MPL,并且随着电流密度的增加性能差距越明显,主要是由于静电纺丝MPL具有更低的毛细管压力和更发达的三维纤维网络结构,可以有效促进高电流密度条件下液态水的排出,从而提高了燃料电池的水管理能力。(3)通过在-10℃和-15℃的冷启动实验,发现静电纺丝MPL的冷启动能力远高于商业MPL,主要是由于静电纺丝MPL由具有一定柔韧性的纳米纤维组成,能够与催化剂层形成良好的界面接触,其较低的毛细管压力导致过冷水能够更顺畅地从催化剂层中排出。而商业MPL具有颗粒堆积型结构,其孔隙的毛细管压力较大,导致过冷水难以突破商业MPL的孔隙,从而易结冰,导致冷启动能力较差。(4)通过冷启动后的燃料电池测试,发现静电纺丝MPL的存在可以有效减缓燃料电池在冷启动期间的性能老化,主要是由于纳米纤维型静电纺丝MPL具有更高的耐久性,并且可以缓解过冷水结冰对催化剂层造成的破坏。因此,与商业MPL相比,静电纺丝MPL对于提高燃料电池的零上性能和冷启动能力,以及改善水管理具有明显的优势,为MPL的发展以及解决燃料电池的技术瓶颈提供了新的思路和方法。